设备状态监测与故障诊断技术第11章-状态监测软、硬件知识简介.ppt

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学习目标：

本章将简介状态监测软、硬件知识。

要求了解传感器的性能指标；掌握加速度传感器的安装方式；了解数据采集器、滤波器、专家系统、数字化网络监测系统等的基本知识。

第十一章状态监测软、硬件知识简介,第一节传感器,一、概述传感器是感受物体运动并将物体的运动转换成模拟电信号的一种灵敏的换能元件，是诊断装置的“眼”和“耳”。

测量压力的仪器可分为压力表及压力传感器两大类；流量测试仪器包括节流（压差）式流量计、涡轮流量计、靶式流量计、容积式流量计、计量马达式流量计；振动测试仪器包括压电式加速度传感器、电容式振动传感器、涡流式振动传感器；噪声测试仪器主要有声级计。

传感器的性能指标,灵敏度它是指沿传感测量方向，输出信号与输入信号之比，一般在某一指定频率范围内测得。

动态范围当输入和输出信号保持线性关系时所对应的输入信号的变化范围称动态范围。

频响特性表示传感器在不同频率下输出响应对输入信号的比值。

相移是指传感器电压输出信号与输入信号的相位滞后量。

横向灵敏度由于工艺、材料、设计等原因，传感器在被测物体的非测量方向上也会有信号输出，影响所测信号，横向灵敏度应尽量小。

环境条件每一种传感器都有它适用的环境条件，如温度、湿度、磁场强度、辐射场、声场等。

其它如重量、尺寸、大小等都应考虑具体使用条件。

第一节传感器,设备故障诊断最常用的振动传感器主要有位移探测器、速度传感器、加速度计三种型式。

常用的速度传感器为具有弹簧-质量系统的磁电式传感器，它测量的是机器相对于地面的绝对运动，因此又称为惯性式或地震式传感器。

加速度传感器，特别是压电式加速度传感器，由于其体积小、重量轻、频率范围宽等特点，在旋转机械及往复机械的振动监测与诊断中应用十分广泛。

第一节传感器,二、加速度传感器,1工作原理2压电晶体3压电加速度计的主要特性灵敏度频响特性线性范围其它特性横向灵敏度温度效应与时间效应电缆噪声漏电效应噪声输出,第一节传感器,4安装与使用,安装方式图（a）是用双头钢制螺栓固定，为测试效果最理想安装方法。

被测物体与传感器可看成整体，因而共振频率与其它方式相比为最高，可承受最大加速度，适于冲击测量。

图（b）是用绝缘螺栓固定，需要电气绝缘时使用。

其共振频率略低于图（a）方式，承受的负荷加速度大。

图（c）是靠永久磁铁固定，便于装拆和现场使用。

其共振频率中等，承受的负荷加速度中等（200g），使用温度150。

图（d）是用渗腊层粘结，其共振频率较高，承受的负荷加速度小，不宜在高温下使用。

图（e）是用粘结剂固定，如502胶或环氧树脂连接，其共振频率低（5000Hz），承受的负荷加速度小。

用手持探针测量，其共振频率最低（1000kHz），负荷加速度也小，特点是使用方便。

第一节传感器,传感器常用安装方法及特点,磁座使用方便而性能适中，是最常用的方法,第一节传感器,加速度传感器的选择与使用加速度传感器选择的主要因素包括精确性，适当的使用、安装。

具体而言，选用加速度传感器时应考虑下列指标：

灵敏度通常为100mV/g或250mV/g，也有10mV/g和1000mV/g的加速度计。

频率范围一般加速度计使用频率范围为1Hz-10kHz，共振频率通常为20-30kHz，使用范围的上限一般为共振频率的1/3，其测量误差1dB。

测量范围通常的测量范围为0.1-100g与电荷放大器的配置传感器安装点传感器应避免安装在高温、潮湿以及有腐蚀气体的环境。

接地应使测量系统在一点接地，也可采用绝缘螺栓及安装面加绝缘片等措施。

5加速度计的标定加速度传感器经使用一段时间后应进行标定以保证其测试的精确可靠。

绝对法：

标定标准加速度计比较法：

标定一般加速度计,第一节传感器,第二节数据采集器,设置采集器,回收数据,建立参数库,数据分析,打印报告,现场测量,数采器原理框图,第二节数据采集器,在数据采集器内A/D转换器是设备的关键，它将连续的模拟输入信号转化为数字信号，即量化过程，使之变成微机能接受的二进制数，以进一步用于处理、显示、记录等。

下面是典型数据采集器的性能指标：

A/D转换器的分辨率目前A/D的分辨率有8位、10位、12位，有的达16位或更高，为求得高分辨率，需提高A/D的位数，随着位数的增加，信噪比也不断提高。

频率范围0-20kHz或0-40kHz。

频率分辨率100，200，400，800，1600，3200，或更高（谱线）。

存贮器内存256kB-1MB，目前可以更大。

动态范围70dB。

通道数1-4。

功能可进行数据采集、谱分析、数据分析、动平衡等。

数据采集器的性能指标,第二节数据采集器,滤波器,未滤波的原始信号滤波后的信号,高通滤波,低通滤波,带通滤波,带阻滤波,第二节数据采集器,第三节专家系统,一、专家系统概述“专家系统（ExpertSystem，简称ES）是一个智能计算机程序，它利用知识和推理过程来解决那些需要大量的人类专家知识才能解决的复杂问题。

所用的知识和推理过程可认为是最好的领域专家的专门知识的模型”。

一般将专家系统的设计人员称知识工程师（KnowledgeEngineer），将参加专家系统开发的人类专家称为领域专家（DomainExpert）。

作为人工智能一个重要分支的专家系统（ExpertSystem，ES）是在20世纪60年代初期产生和发展起来的一门新兴的应用科学，而且正随着计算机技术的不断发展而日臻完善和成熟。

1982年美国斯坦福大学教授费根鲍姆给出了专家系统的定义：

第三节专家系统,专家系统是一种智能的计算机程序，这种程序使用知识与推理过程，求解那些需要杰出人物的专门知识才能求解的复杂问题。

专家系统有三个特点，即：

启发性，能运用专家的知识和经验进行推理和判断；透明性，能解决本身的推理过程，能回答用户提出的问题；灵活性，能不断地增长知识，修改原有的知识。

第三节专家系统,专家系统通常由5个基本组成部分：

知识库（核心）、推理机（灵魂）、数据库以及解释程序、知识获取程序。

二、建立专家系统的目的和任务建立专家系统的主要目的就是为了保存和推广人类专家的宝贵知识。

建立专家系统的一个主要任务就是形式化表达人类专家的专门知识。

三、专家系统与传统程序的区别专家系统的目标是获取和使用人类专家的启发性知识，传统程序的目标是实现一组算法。

其中最基本的区别是在于专家系统以知识为处理对象，而传统程序是以数据为处理对象，因此，专家系统注重知识表示和推理方法，而传统程序则强调数据结构和算法。

如果传统程序的结构可表示成：

数据结构+算法=程序那么，专家系统的结构为：

知识+推理=专家系统,第三节专家系统,四、专家系统的结构知识库和推理机称为专家系统的核心。

专家系统的基本构成,设备故障诊断专家系统结构,第三节专家系统,CAN/485Network,1-8sensors（Vibration,rpm,&etc.）,1-256Netmonitor,.,计算机监测,第四节网络化在线监测与故障诊断,DCS系统/MIS系统,电话语音服务,互连网Internet,大型在线监测系统使用复杂维护困难价格太高,模拟式在线仪表功能过于简单只能现场监测不能诊断,老式在线技术的缺点,第四节网络化在线监测与故障诊断,-在线监测的发展趋势,数字化网络监测,数字化-抗干扰、低成本硬件标准化、模块化-易于安装维护软件中文组态-设计简单快速,第四节网络化在线监测与故障诊断,两种网络在线监测方式,传感器调理模块DCS系统传感器网络数采器计算机,振值远程监测,第四节网络化在线监测与故障诊断,-可远程输出振值（真有效值）和报警信号,振动调理模块NETMONITOR,第四节网络化在线监测与故障诊断,设备振动保护；现场仪表盘上的振值监测；远程计算机连续监测；在已有工控系统中增加振动监测功能（如DCS系统）；作为电荷放大积分器用于通用振动测量,主要用途：

振动调理模块-NETMONITOR,第四节网络化在线监测与故障诊断,输入：

压电加速度传感器振值输出:

0-5V静态电压4-20mA静态电流真有效值测量波形输出（+5V电压）：

加速度速度位移状态输出：

超限报警（TTL）,第四节网络化在线监测与故障诊断,其它特点与规格：

振值输出,可选加速度、速度和位移的真有效值、等效峰值或峰峰值振值超限开关量输出（TTL电平），可外接声光报警系统加速度、速度和位移动态波形输出，可接示波器、分析仪诊断设备故障可配接模拟量数据采集模块和Windows工控组态软件做远程设备监测振值输出可选单参数型或三参数型电源和振值超限LED指示24V直流供电，本安型防爆输出有短路/开路保护国际标准工业端子外壳频率范围:

10Hz20KHz工作温度：

050oC测量精度：

5%体积：

258075mm,第四节网络化在线监测与故障诊断,监测诊断型网络数采器-N1:

-兼具振值监测和波形诊断功能,第四节网络化在线监测与故障诊断,主要特点：

可分析振动趋势配故障诊断专家系统有转速测量14位A/D，80dB信号动态范围包络共振解调滚动轴承、齿轮诊断特效药标准Windows组态软件，使用极方便、灵活多种传感器输入：

加速度计（电荷和ICP）、电涡流位移、磁电式速度、电压、电流,第四节网络化在线监测与故障诊断,技术规格：

触发采样可做时域平均同步采集数据2x8方式高可靠的CAN网络数据传输也可用作多通道动态信号分析仪。

可选多种信号的真有效值、等效峰值、真峰值和平均值等可在计算机上发出声光报警内置电涡流和ICP传感器电源;24VDC供电，内置电源隔离减少地线干扰可灵活选择上传的参数、特征值和波形波形长度（32-4096）点可选8阶椭圆抗混滤波：

频率程控可设、可切除,第四节网络化在线监测与故障诊断,系统其它特点,可同时监测振动,转速,轴温和其它参数可选语音查询功能，用普通电话拨号方式查询测点振值、设备状态或诊断结论可接互连网,支持远程设备医院,第四节网络化在线监测与故障诊断,填表和搭积木方式为网采系统编程,第四节网络化在线监测与故障诊断,网采设置主程序,第四节网络化在线监测与故障诊断,以动态数据交换方式（DDE）向Windows发送数据,第四节网络化在线监测与故障诊断,组态软件：

系统主界面,第四节网络化在线监测与故障诊断,网采监测系统主界面示例,第四节网络化在线监测与故障诊断,组态王中定义DDE设备,第四节网络化在线监测与故障诊断,第四节网络化在线监测与故障诊断,第四节网络化在线监测与故障诊断,您熟悉的信号分析与故障诊断工具,第四节网络化在线监测与故障诊断,CAN总线通信协议一、CAN总线标识符定义ID10ID4节点ID（0127）ID3ID0命令字（最多支持16种命令）二、CAN命令（ID3ID0）0、（0000）联络命令用于上位机和各个网采之间的握手联络。

为远程帧1、（0001）初始化命令lPCtoCollector：

（上位机初始化网采各通道）发送8个字节的数据，其中字节18代表组18的各参数字。

其各字节定义：

D7：

组别标志（1电压组；0电荷组）D6D5（两通道公用）：

设置上传的振值参数和存储在黑匣子中的波形参数00加速度A波形、25.6khz；01速度V波形、2.56khz；10位移D、1.28khz；11包络E、5.12khz；D4D3：

传感器类型（A，V，D，E）00电荷加速度传感器（A）两次积分,可与各种诊断软件连接,-开放协议,第四节网络化在线监测与故障诊断,小结,传感器是感受物体运动并将物体的运动转换成模拟电信号的一种灵敏的换能元件，是诊断装置的“眼”和“耳”。

加速度传感器，特别是压电式加速度传感器，由于其体积小、重量轻、频率范围宽等特点，在旋转机械及往复机械的振动监测与诊断中应用十分广泛。

加速度传感器根据不同的使用条件和环境有各种安装方式：

用双头钢制螺栓固定、用绝缘螺栓固定、靠永久磁铁固定、用渗腊层粘结、用粘结剂固定、用手持探针测量。

数据采集器可以进行数据采集、谱分析、数据分析、动平衡等操作。

滤波器是数据采集器的重要组成部分。

使用滤波器可以有目的清除频谱中某些频段的数据，或者抽取频谱中某一频段的数据。

常用滤波器有高通、低通、带通、带阻四种。

设备故障诊断专家系统是利用各种类型的诊断知识，对设备运行状态（正常和异常）进行判断和推理的软件系统，一旦设备发生异常，它可以通过推理判断找出故障的原因和发生的部位，最后给出诊断推理过程的解释和故障处理对策。

数字化网络监测是在线监测的发展趋势。

问题与回答,互动时间,一、单项选择题（在备选答案中选出一个正确答案，并将其号码填在题干中的横线上）,1由于其体积小、重量轻、频率范围宽等特点，在旋转机械及往复机械的振动监测与诊断中应用最广泛。

A、位移探测器B、速度传感器C、加速度计D、计数器2在现场实际测量时，尤其是大范围的普查测试，以采用传感器最简便且性能适中，是最常用的方法。

A、螺栓固定B、永久性磁座安装C、手持D、粘结剂固定3当仅需要拾取高频信号时，采用滤波器。

A、高通B、低通C、带通D、带阻,二、判断题（在括号内选择打“”或“”）,1传感器是将物体的运动转换成数字电信号的一种灵敏的换能元件。

（）2在数据采集器内，A/D转换器将连续的模拟输入信号转化为数字信号。

（）3滤波器是数据采集器的重要组成部分。

（）4建立专家系统的主要目的就是为了保存和推广人类专家的宝贵知识。

（）5专家系统以数据为处理对象，而传统程序是以知识为处理对象。

（）6知识库和推理机是专家系统的核心。

（）7数字化网络监测是在线监测的发展趋势。

（）,第十一章结束谢谢大家!

2023/5/15,44,